畢業(yè)設(shè)計（論文）-太陽能電池片制造工藝及鋁背場鈍化工藝的研究

1、<p>　　太陽能電池片制造工藝及鋁背場鈍化工藝的研究</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著社會的發(fā)展，人類對能源的需求變得多樣化，由于原始能源的獲取主要通過煤、石油、天然氣等石化能源，但是這些能源變得越來越少，同時還會造成環(huán)境的污染。近年來隨著人們對環(huán)境的重視，對新能源的需求變得越來大。因此光伏行業(yè)受到的極大重視，在短短的幾

2、年里便得到迅速發(fā)展，我國光伏行業(yè)以每年30%左右的增速發(fā)展。作為一個新興的行業(yè)，有很多人對太陽能電池的生產(chǎn)還不了解。</p><p>　　本文的亮點是：1）系統(tǒng)的介紹了太陽能電池片的制造工藝，從制絨工藝到最后的印刷燒結(jié)和檢測,為以后深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2）對比驗證了商業(yè)常用的兩種網(wǎng)版(250、280)和兩種漿料的優(yōu)缺點及對一些常見問的分析，并得出在現(xiàn)有的商業(yè)燒結(jié)條件下的最好搭配，并對現(xiàn)實中的電池片生產(chǎn)提供了參考。&

3、lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞：太陽能電池，制造工藝，鋁背場，表面復(fù)合，絲網(wǎng)印刷技術(shù)</p><p>　　Solar Sell Processing and Investagation of Al-BSF Passivation Quality</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wit

4、h the development of society, human demand for energy to diversify. As the primary energy, mainly through the acquisition of coal oil,gas,and other fossil fuels. But these energy sources become less and less. At the same

5、 time also cause environmental pollution. In recent years,as people focus on the environment.The demand for new energy sources have become increasingly large. Therefore, great attention by the PV industry. In just a few

6、years, it has developed rapidly. China’s PV industry annu</p><p>　　The highlight of this article. 1) A systematic introduction to manufacturing processes for solar cells. From the system down to the final pr

7、inting process and test fired. Lay the foundation for future in-depth study. 2) Comparative validation of the commercial version of two common network(250.280count) and draw on existing business with the best sintering c

8、onditions. The cells and production of reality to provide a reference.</p><p>　　KEY WORDS: solar cell, processing, Al-BSF, surface recombination, screen-printing technology</p><p><b>　　目

9、錄</b></p><p><b>　　第一章 緒 論1</b></p><p><b>　　§1.1 引言1</b></p><p>　　§1.2 太陽能電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀2</p><p>　　§1.3 太陽能電池的分類與發(fā)展趨勢3</p&

10、gt;<p>　　第二章 晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝6</p><p>　　§2.1 太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理6</p><p>　　§2.2 太陽能電池的輸出特性7</p><p>　　§2.3 單晶太陽能電池的制造工藝10</p><p>　　§2.3.1 制絨工藝10

11、</p><p>　　§2.3.2 擴散工藝12</p><p>　　§2.3.3 刻蝕與鍍膜工藝13</p><p>　　§2.3.4 印刷燒結(jié)工藝14</p><p>　　§2.4 實驗背景和意義18</p><p>　　第三章 實驗結(jié)果與分析20</p>

12、;<p>　　§3.1 實驗硅片的選擇20</p><p>　　§3.2 網(wǎng)版的選擇實驗20</p><p>　　§3.3 鋁背場漿料的選擇實驗25</p><p><b>　　結(jié) 論30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b>

13、</p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　第一章 緒 論</b></p><p><b>　　§1.1 引言</b></p><p>　　太陽中蘊藏著人類取之不盡的能源。太陽不停地向宇宙空間中發(fā)送著巨大的能量。據(jù)計算，僅一秒鐘發(fā)出

14、的能量就相當于1.3億億噸標準煤燃燒時所放出的熱量[1]。與其他能源相比，太陽能不會產(chǎn)生有毒、有害氣體和廢渣，因而不污染環(huán)境。同時太陽光隨處都可以得，使用方便、安全；成本低廉，可以再生。太陽能優(yōu)勢與資源太陽能除去數(shù)量巨大之外，還能長期供給，理論計算太陽尚可維持數(shù)十億年之久，此外，太陽能隨處都有，不需開采和運輸，并且是沒有任何污染的清潔能源。這些都是它的獨特之處。但是，它的能量密度很低，只有1w/m2，并且受氣候影響，具有不穩(wěn)定性，這些又

15、給太陽能的利用帶來很大困難。在新能源中，當前太陽能發(fā)電的成本較高，大約是生物質(zhì)發(fā)電（沼氣發(fā)電）的7～12倍，風能發(fā)電的6～10倍。但太陽能與其他新能源相比在資源潛力和持久適用性方面更具優(yōu)勢，從長遠前景來看，光伏發(fā)電是最具潛力的戰(zhàn)略替代發(fā)電技術(shù)。根據(jù)歐洲JRC的預(yù)測，到2030年太陽能發(fā)電將在世界電力的供應(yīng)中顯現(xiàn)其重要作用，達到10%以上，可再生能源在總能源結(jié)構(gòu)中占到30%；2050年太陽能發(fā)電將占總能耗的20%，可再生能源占到50%以上

16、，到本世紀后期，太陽能發(fā)電將</p><p>　　圖1-1世界能源趨勢圖</p><p>　　在世界各國發(fā)起的大規(guī)模國家光伏發(fā)展計劃和太陽能屋頂計劃的刺激和推動下，世界光伏工業(yè)上世紀末最后10年的平均增長率為20%，從1991年的55兆瓦增長到2000年的287兆瓦。而進入新千年后，全球光伏組件的年均增長率更是高達30%以上，2003年全球的產(chǎn)量達到了744兆瓦，光伏產(chǎn)業(yè)成為全球發(fā)展最快的

17、新興行業(yè)之一。作為一個發(fā)展中國家，我國能源工業(yè)面臨著經(jīng)濟增長、環(huán)境保護和社會發(fā)展等多重壓力。我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費國，煤炭占商品能源消費的76%。傳統(tǒng)化石能源消耗過程的尾氣排放，已成為我國大氣污染的主要來源。盡管如此，已經(jīng)探明的常規(guī)能源剩余儲量(煤炭、石油、天然氣等)，以及可開采年限均十分有限(圖1-2)，同比世界，中國的能源形勢更加嚴峻[3]。因此開發(fā)利用太陽能等可再生能源、實現(xiàn)能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展更顯迫切、意義也更為重大。

18、</p><p>　　圖1-2 世界和中國各種能源儲備比較</p><p>　　§1.2 太陽能電池發(fā)展歷史和現(xiàn)狀</p><p>　　太陽電池的歷史可以追溯到19世紀。1839年，19歲的法國年輕科學(xué)家埃德蒙.貝克勒（A．E．Becqurel）在其父親的實驗室電解槽中發(fā)現(xiàn)了光生伏特效應(yīng)，1883年，Charles Fritts描述了第一個用硒制造的光生伏

19、特電池，1941年，Ohl提出了硅p-n結(jié)光伏器件[4]。太陽電池發(fā)展的一個重要里程碑則是1954年，美國貝爾實驗室制出了第一個實用的硅擴散制備p-n結(jié)太陽電池，并很快將光電轉(zhuǎn)換效率提高到10%。經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展，太陽電池已從最初的單晶硅電池發(fā)展到今天的多晶硅、非晶硅、化合物半導(dǎo)體太陽電池、薄膜光電池、聚光電池、有機光電池及化學(xué)光電池。經(jīng)歷了第一代晶硅太陽電池，第二代薄膜太陽電池，第三代高效太陽電池的研究。近幾年，全世界太陽能電池的

20、生產(chǎn)量平均每年增長近40%，美國和日本相繼出臺了太陽能研究開發(fā)計劃。隨著光伏技術(shù)及應(yīng)用材料的飛速發(fā)展，光電材料成本不斷下降，光電轉(zhuǎn)換效率逐漸升高，太陽能光伏發(fā)電將會越來越顯現(xiàn)出優(yōu)越性[5]。最近的光伏發(fā)電行業(yè)調(diào)查表明，到2010年，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的年發(fā)展速度將保持在30%以上。光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的年銷售額將從2004年的70億美元增加到2010</p><p>　　§1.3 太陽能電池的分類與發(fā)展趨勢</

21、p><p>　　迄今為止，人們已經(jīng)研究了100多種不同材料、不同結(jié)構(gòu)、不同用途和不同型式的太陽電池。常見的有結(jié)構(gòu)分類法、材料分類法和用途分類法等，其中按基體材料分類的方法最為常見。太陽電池與光伏組件按基體材料分類如</p><p><b>　　下圖[7]。</b></p><p>　　圖1-3 太陽能電池按基體材料分類</p><

22、;p>　　目前，已經(jīng)商品化大規(guī)模生產(chǎn)的太陽電池主要是晶體硅電池和各種薄膜電池，下圖為1999-2006年全球各種商品化太陽電池產(chǎn)量的比例。</p><p>　　圖1-4 1999-2006 年全球商品化太陽電池產(chǎn)量比例</p><p><b>　　從該圖可以看出：</b></p><p>　　1. 晶體硅太陽電池（包括單晶硅、多晶硅、片硅

23、、帶硅等太陽電池）始終是商品化太陽電池的主流產(chǎn)品。占據(jù)著超過90%以上的市場份額；多晶硅太陽電池一直是晶體硅太陽電池的主流產(chǎn)品，但近年來單晶硅的份額有所回升，這主要是由于中國廠商大量生產(chǎn)單晶硅太陽電池導(dǎo)致的。經(jīng)過數(shù)年的發(fā)展，晶體硅電池的生產(chǎn)工藝趨向穩(wěn)定，已經(jīng)成功占據(jù)光伏電池的絕對主導(dǎo)地位，在未來的10～15年內(nèi)仍將是主流產(chǎn)品[8]。</p><p>　　2. 帶硅及片狀硅太陽電池可以節(jié)省硅材料的切片損失，但由于其

24、生長技術(shù)未取得突破（生產(chǎn)率低、效率低、表面粗糙，需特殊工藝處理等）因而其產(chǎn)量增長不大，到2006年僅占全球總產(chǎn)量的2.6%。</p><p>　　3. 各種薄膜太陽電池（包括非晶硅、碲化鎘、硒銦銅等太陽電池）所占的比一直在6%左右徘徊，但近幾年薄膜太陽能電池得到較快發(fā)展，如下圖</p><p>　　圖1-5 薄膜硅與晶體硅趨勢圖</p><p>　　分析主要原因是因

25、其成本低廉，到2007年底薄膜電池產(chǎn)量達400MW，市場占有率達12%，從長期來看，薄膜電池有望取代晶體硅電池成為主流。</p><p>　　綜上所述，晶體硅電池在未來相當長的一段時間仍然是市場的主流產(chǎn)品，而晶體硅電池的發(fā)展方向可以概括為：“大片、薄片、高效”。晶體硅太陽電池生產(chǎn)技術(shù)與工藝發(fā)展預(yù)測：</p><p>　　(1) 規(guī)模化生產(chǎn)：為降低成本，產(chǎn)能將持續(xù)擴大，大規(guī)模生產(chǎn)是降低成本，

26、提高生產(chǎn)效率的有效途徑。</p><p>　　(2) 大片、薄片、高效</p><p>　?、?大片、薄片：目前電池主流產(chǎn)品為156×156×220（200），少數(shù)工藝領(lǐng)先的企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了180μm厚硅片的大規(guī)模生產(chǎn)，210×210的超大硅片和160μm甚至更薄的硅片生產(chǎn)工藝也會同步開發(fā)。硅片減薄將有效降低原料和生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)率，但同時也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，主

27、要是碎片率，以及在大面積硅片上實現(xiàn)均勻加工的技術(shù)；而厚度減薄也對電池的表面鈍化工藝提出了更高的要求。</p><p>　?、?高效：目前商業(yè)化提高效率的主流思路可以概括為“淺結(jié)、密柵”，即大幅度提高擴散后的方塊電阻（從40Ω提升到80～120）以減少死層，提高上表面鈍化工藝水平以獲得極高的短波響應(yīng)，同時，增加?xùn)艠O數(shù)量，降低由于方塊電阻提高引起的串聯(lián)電阻升高，維持FF水平。為此可能采用的特殊工藝包括：噴涂源鏈式擴散

28、、選擇性發(fā)射極（即在電極印刷處提高擴散濃度，以保證電極的歐姆接觸，也可以通過選用含磷的銀漿實現(xiàn)）。另外，背場和絨面也將進一步改進。硼背場有望取代鋁背場，由于硼的擴散濃度可以比鋁高一個數(shù)量級，可以增強背場強度，提高鈍化水平；絨面結(jié)構(gòu)改進，獲取更低的反射率（如用于多晶的RIE 絨面技術(shù)）[9]。</p><p>　　第二章 晶體硅太陽能電池的生產(chǎn)工藝</p><p>　　§2.1 太

29、陽能電池的基本結(jié)構(gòu)和工作原理</p><p>　　一般說來，凡是能將太陽光能轉(zhuǎn)換為電能，并有電壓，電流輸出的裝置，就可以定義為太陽電池，一般的晶體太陽能電池結(jié)構(gòu)如圖所示[10]。</p><p>　　圖2-1 典型晶體硅PN結(jié)太陽電池示意圖</p><p>　　從圖中可以看出它由在表面上形成的PN結(jié)及正、背面引出電極構(gòu)成。還包括減反射層、表面鈍化層等結(jié)構(gòu)。</

30、p><p>　　太陽電池是利用太陽光照射在半導(dǎo)體晶片p-n結(jié)上，產(chǎn)生光生伏特效應(yīng)，直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。其工作原理是：能量大于半導(dǎo)體禁帶寬度的光子被半導(dǎo)體吸收后，可以產(chǎn)生光生載流子，當所產(chǎn)生的光生電子－空穴對由半導(dǎo)體p-n結(jié)所形成的內(nèi)建電場分開到兩極時，在電池的兩極分別堆積正負電荷，形成電池的端電壓，當接有外電路時便有電流產(chǎn)生。p-n結(jié)的正面有減反射膜和金屬負電極，背面有金屬正電極。這種現(xiàn)象稱為光生伏特效[1

31、1]。（Photovaltic Effect），簡稱為“光伏效應(yīng)”。典型的硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和能帶圖2-2所示。</p><p>　　摻有施主雜質(zhì)的半導(dǎo)體常溫下導(dǎo)帶中的電子數(shù)比摻雜前增多，稱為n型材料，摻有受主雜質(zhì)的稱為p型材料，常見的太陽電池實質(zhì)上是個面積很大的p-n結(jié)二極管。當太陽光照射到太陽電池上時，其中一部分被表面反射掉，其余部分被太陽電池吸收或透過。被吸收的光，有一些轉(zhuǎn)換成熱能，另一些能量大于半導(dǎo)體禁帶

32、寬度的光子，穿過減反射膜進入半導(dǎo)體中。在n區(qū)，耗盡區(qū)和p區(qū)中同硅原子價電子碰撞，將能量傳給價帶的電子，使電子躍遷到導(dǎo)帶，而在價帶留下一個空穴，產(chǎn)生了電子一空穴對。這樣，光能就以產(chǎn)生電子一空穴對的形式轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。由于在p型和n型交界面兩邊形成了勢壘電場，能將電子驅(qū)向n區(qū)，空穴則被驅(qū)向p區(qū)。在n區(qū)中，光生電子一空穴對產(chǎn)生以后，光生空穴便向p-n結(jié)邊界擴散，一旦到達p-n結(jié)邊界，便立即受到內(nèi)建電場作用，被電場力牽引作漂移運動，越過耗盡區(qū)進入p

33、區(qū)，光生電子(多子)則被留在n區(qū)。p區(qū)中的光生電子(少子)同樣地先因為擴散、后因為漂移而進入n區(qū)，光生空穴(多子)留在p區(qū)。如此便在p-n結(jié)附近形成與勢壘電場方向相反的光生電場。光生電場的一部分除抵銷勢壘電場外，還使p型層帶正電，n型層帶負電，當有負載接入時，就產(chǎn)生光生電流(通</p><p>　?。╝）結(jié)構(gòu)圖 （b）能帶圖</p><p&

34、gt;　　圖2-2 硅太陽能電池的結(jié)構(gòu)和能帶圖</p><p>　　§2.2 太陽能電池的輸出特性</p><p>　　在效理想情況下，被光照的太陽電池的正負電極間接有負載時，就有直流電輸出。便可以看作是一個恒流源與理想二極管的并聯(lián)組[11]。等效電路圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 太陽能電池等效電路</p><p&g

35、t;　　由圖知光電池工作時共有三股電流：光生電流Iph，流過理想二極管的電流即暗電流為ID+Ish，，流過負載R的電流I，它們有如下?lián)Q算關(guān)系</p><p>　　I=Iph-ID-Ish=Iph-I0（eq（V+IRs）/AkT-1）-IRs+V/Rsh （2-1）</p><p>　　式中Iph：光生電流，ID：二極管電流，I0：二極管反向飽和電流，A：二極管因子，q：電子子電荷，

36、k：玻爾茲曼常數(shù)，T（k）太陽電池p-n結(jié)溫度，Rs和Rsh分別為太陽電池串、并聯(lián)電阻。并聯(lián)電阻Rsh由各種漏電流引起例如，因電池邊緣沾污而引起的漏電流，沿著位錯和晶粒間界的不規(guī)則擴散而形成的漏電流和沿著在電極金屬化處理后由微觀裂縫、晶粒間界和晶體缺陷等形成的細小橋路的漏電流)，而串聯(lián)電阻心則由擴散薄層的電阻、基片的體電阻、金屬電極和太陽電池問的接觸電阻和金屬電極的體電阻等四者構(gòu)成[12]。</p><p>　　

37、不論是太陽能電池還是一般的化學(xué)電池，其輸出特性一般都是用如下圖所示的電流—電壓曲線來表示</p><p>　　圖2-4 太陽能電池的負載特性曲線</p><p>　　由上圖光電池的伏安特性曲線，可以得到描述太陽能電池的四個重要的輸出參數(shù)。</p><p><b>　　開路電壓Voc</b></p><p>　　當太陽電池

38、外接開路時（R=+∞）?？傻玫教栯姵氐挠行ё畲箅妷?，即開路電壓Voc。在開路狀態(tài)下，流經(jīng)太陽電池的凈電流為0。在方程(2-1)中，令I(lǐng)=0，Rs=0可得到：</p><p>　　Voc=AKT/qln(Iph/I0+1)</p><p>　　從中可以看出，Voc的大小與以下因素相關(guān)：</p><p>　　(1) 光生電流I舭可以看出，I0的改變量有限，其對Voc的

39、大小影響也較小。</p><p>　　(2) 向飽和電流I0在太陽電池中，I0的變化通常可達幾個數(shù)量級，所以它對Voc的影響非常大。而I0決定于太陽電池的各種復(fù)合機制，所以通常Voc的大小可以用柬檢測太陽電池的復(fù)合大小。</p><p><b>　　短路電流（Isc）</b></p><p>　　當太陽電池的輸出電壓為0，即外接電路短路時，流經(jīng)

40、太陽電池體內(nèi)的電流為短路電流Isc，對于理想太陽電池，短路電流就等于光生電流Iph，所以短路電流的大小和以下幾個因素相關(guān)聯(lián)[7]：</p><p>　?。?）太陽電池的面積。通常在分析時利用短路電流密度概念Jsc，即單位面積上流過的電流，單位為A/cm2。</p><p>　　（2）光照強度以及光譜分布。</p><p>　?。?）太陽電池的減反射、陷光效果和前表面

41、柵線的遮擋面積。</p><p>　?。?）電子收集效率。這主要取決于表面鈍化效果以及少子壽命。如在非常好的表面鈍化和一致的電子?？昭▽Ξa(chǎn)生率條件下，短路電流密度為：</p><p>　　Js = qG（Ln+Lp）</p><p>　　式中G為電子-空穴產(chǎn)生率，Ln、Lp分別為電子和空穴擴散長度。</p><p><b>　　填充

42、因子（FF）</b></p><p>　　在光電池的伏安特性曲線任一工作點上的輸出功率等于該點所對應(yīng)矩形面積，其中只有一點是輸出最大功率，稱為最佳工作點，該點的電壓和電流分別稱為最佳工作電壓Vop和最佳工作電流Iop。</p><p>　　填充因子定義為： FF = VopIop/VocIsc = Pmax/ VocIsc</p><p>　　它表示了最

43、大輸出功率點所對應(yīng)的矩形面積在Voc和Isc所組成的矩形面積中所占的百分比（如下圖2-5）。特性好的太陽能電池就是能獲得較大功率輸出的太陽能電池，也就是Voc，Isc和FF乘積較大的電池。對于有合適效率的電池，該值應(yīng)在0.70～0.85范圍之內(nèi)，一般高的開路電壓可得到高的填充因子。</p><p>　　圖2-5 太陽能電池的I-V曲線和工作點</p><p>　　太陽能電池的能量轉(zhuǎn)化效率η

44、</p><p>　　表示入射的太陽光能量有多少能轉(zhuǎn)換為有效的電能。即：</p><p>　　η =（太陽能電池的輸出功率/入射的太陽光功率）×100%</p><p>　　=（Vop × Iop/Pin × S）×100%</p><p>　　= Voc?Isc?FF/Pin ? S</p>

45、;<p>　　其中Pin是入射光的能量密度，S為太陽能電池的面積，當S是整個太陽能電池面積時，η稱為實際轉(zhuǎn)換效率，當S是指電池中的有效發(fā)電面積時，η叫本征轉(zhuǎn)換效率。轉(zhuǎn)換效率越高，表示在單位面積上單位輻照強度下能產(chǎn)生更多的電能。其大小與Voc、Isc、FF息息相關(guān)。以上的四個參數(shù)是參考太陽能電池好壞的標準，在實際的應(yīng)用中以上參數(shù)還受工作環(huán)境的溫度的影響，其溫度系數(shù)的參考數(shù)值為：電壓溫度系：-3.2mv/℃；電流溫度系數(shù)：0.

46、065mA/℃；轉(zhuǎn)換效率溫度系數(shù)：6.7×10-3/℃。</p><p>　　§2.3 單晶太陽能電池的制造工藝</p><p>　　太陽能電池片的制造工藝在整個光伏產(chǎn)業(yè)鏈中屬于中間環(huán)節(jié)，商業(yè)化的單晶硅電池品均效率可達到17.3%以上，其一般的工藝過程如下</p><p>　　圖2-6 單晶電池片制造工藝</p><p>

47、　　注：1-3稱制絨工藝；4稱超凈工藝；5-7稱K+P工藝；8-13稱印刷工藝</p><p>　　§2.3.1 制絨工藝</p><p>　　目的：去除硅片表面的雜質(zhì)殘留，制做能夠減少表面太陽光反射的陷光結(jié)構(gòu)。晶體硅太陽電池一般是利用原始硅棒經(jīng)過線切割成硅片，由于在硅片切割過程中鋼線的作用，使得硅片表面有一層10～20μm的損傷層，如不將其去除，會形成高的表面復(fù)合率。在太陽電池

48、制備時首先要將硅片表面的油脂及損傷層去掉，這可以用氫氧化鈉溶液(33%的氫氧化鈉水溶液)腐蝕和一些有機溶液來實現(xiàn)13]。表面織構(gòu)化的目的是在硅表而形成陷光結(jié)構(gòu)，使光經(jīng)過多次反射和吸收。硅單晶是一種金剛石結(jié)構(gòu)的晶體，晶體結(jié)構(gòu)如下。</p><p>　　圖2-7 單晶硅晶體結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖2-7所示由ABCDCFGH八個硅原子組成的一個空間立方陣，abcdef六個原子是它的面心，

49、這是一個面心立方晶胞。以R為一個頂角的另一個面心立方晶胞（未畫出）與上述晶胞在對角線BH上有1/4的間隔，并以R原子為中心，由bce、cde、dae、決定的晶面也為（111）。利用某些腐蝕液對不同晶面的擇優(yōu)腐蝕，可以在（100）面上腐蝕出有4個（111）面對正方錐來，這種正方錐就是絨面的基本結(jié)構(gòu)。對于（100）的p型直拉硅片，最常用的擇優(yōu)化學(xué)腐蝕劑是NaOH或KOH和乙醇的混合溶液，在80～90℃左右的溫度下，進行化學(xué)反應(yīng)。由于生成物N

50、a2Si03溶于水而被去除，從而硅片被化學(xué)腐蝕[14]。由于NaOH或KOH腐蝕具有個向異性，可以制備成絨面結(jié)構(gòu)，因為在硅晶體中，（111）面是原子最密排面，腐蝕速率最慢，所以腐蝕后4個與晶體硅（100）面相交的（111）面構(gòu)成了金字塔型的結(jié)構(gòu)，加入的乙醇可改變單晶硅(100)晶向腐蝕速率和各向異性因子的數(shù)值，其中化學(xué)反應(yīng)式為</p><p>　　2NaOH十Si十H20=Na2Si03+2H2↑</p&g

51、t;<p>　　絨面結(jié)構(gòu)，使得硅片表面的反射率大大降。絨面的微觀結(jié)構(gòu)和反射率下降原理如下2-8圖：</p><p>　　由于絨面結(jié)構(gòu)，使得硅片表面的反射率大大降低，表面呈黑色，為提高絨面制作的效果（攪蓋率、均勻性和大?。?，可以在腐蝕液中加入一些添加劑，如加入乙醇或異內(nèi)酵是為了降低溶液的表面張力，改善溶液和硅片的潤濕性使反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣氣泡快速離開，有助于金子塔的長大。加入含有PO43-、 HPO42-

52、 、CO32-、HCO3-等離子的化臺物，是因為這些這些離子能起到降低反應(yīng)活化能的作用，使金字塔的大小更均勻[15]。制絨工序的好壞不能僅僅從反射率的好壞來考慮，同時還要考慮對后續(xù)工藝的影響，若金字塔太小，會使印制的漿料小能很好地流入金字塔的底部，造硅片表面和漿料留有空隙，惡化接觸；太大則會對印刷造成困難。</p><p>　?。╝）絨面微觀結(jié)構(gòu)圖 （b）反射率降低原理圖</p&

53、gt;<p><b>　　圖2-8 絨面圖</b></p><p>　　§2.3.2 擴散工藝</p><p>　　太陽能電池的核心是p-n結(jié)，此擴散的目的便是利用擴散爐形成一定的磷源梯度場和溫度場，將磷原子擴散到p型硅片中，使前表面變成n型，使之成為一個p-n結(jié)。原理如下：POCl3液態(tài)源通過氣體攜帶POCl3分子進入擴散爐管，使之反應(yīng)生成磷

54、沉淀在表層。磷在高溫下滲透入硅片內(nèi)部形成n區(qū)，如圖2-9</p><p>　　（a）POCL3液態(tài)源擴散原理圖 （b）擴散后硅片截面示意圖</p><p><b>　　圖2-9 擴散圖</b></p><p>　　其中的過程是在800～900℃時氮氣被通入到POCl3液態(tài)當中。 飽和的氮氣隨著氧氣在擴散爐中從硅片表面流過[

55、16]：</p><p>　　4POCL3 + 5O2 = 2P2O5 + 6Cl2↑</p><p>　　生成的五氧化二磷在硅片表面形成一層磷硅玻璃(SiO2-P)，磷原子會從這</p><p>　　層向硅片深層擴散，形成N區(qū)。反應(yīng)式如下：</p><p>　　2P2O5 + 5Si = 4P + 5SiO2 </p>

56、<p>　　工業(yè)生產(chǎn)太陽電池的擴散方塊電阻在30～50Ω／口之間，均勻度越高，說明擴散的效果越好。表面磷摻雜濃度約在1×1020個／cm3，結(jié)深0.4～0.6μm。參雜濃度是一個折中的結(jié)果，這是因為擴散濃度高，方塊電阻低同時可減小電極與硅片的接觸電阻，但是這樣又會產(chǎn)生擴散死層，為提高太陽電池的短波相應(yīng)，磷原子濃度又不需要太高，在之后的燒結(jié)工藝中銀漿大約穿透0.3μm的結(jié)深。現(xiàn)在工業(yè)太陽能發(fā)展趨勢為：淺結(jié)、密柵，高方阻

57、。</p><p>　　§2.3.3 刻蝕與鍍膜工藝</p><p>　　刻蝕的目的便是去除因擴散而形成的邊緣p-n結(jié)。完成擴散后，硅片周邊將不可避免地形成p-n結(jié)，周邊p-n結(jié)的存在將導(dǎo)致電池產(chǎn)生很大的旁路漏電。相當于在電池正負極間連有導(dǎo)線。因此在進行后續(xù)工藝前，必須對硅片周邊p-n結(jié)進行去除。當前工業(yè)生產(chǎn)中，周邊p-n結(jié)的去除主要通過等離子刻蝕工藝完成。其原理為采用高頻輝光放

58、電反應(yīng)使反應(yīng)氣體激活成活性粒子（CF4→ CF3， CF2， CF， C，以及它們的離子），這些活性粒子與需要被刻蝕區(qū)域 的Si/SiO2發(fā)生反應(yīng)，形成揮發(fā)性生成物而被去除[17]，如下圖2-10。當然過蝕和刻蝕不凈都會降低電池的效率，過蝕會使p-n結(jié)的有效面積減少，相應(yīng)的接受光照的面積便會減少；刻蝕不凈會使漏電增加，并聯(lián)電阻很小，同時電池使用時會使電池的溫度變得很高，如下圖2-11。</p><p>　　在刻蝕

59、和鍍膜之間還需要進行一次清洗，原因有兩方面：1.在擴散后硅片表面會形成磷硅玻璃（PSG），它的存在會影響硅片與電極間的電學(xué)接觸同時也是一層高復(fù)合區(qū)。2.后面的鍍膜工藝需要一個清潔的表面。磷硅玻璃的去除工藝為，將刻蝕后的硅片放入3%～8%濃度的HF溶液中浸泡3～5分鐘。反應(yīng)式為：HF + SiO2 → H2SiF6 + H2O</p><p>　　圖2-10刻蝕原理圖 圖2-11 過蝕圖（a）

60、 刻蝕不凈（b）</p><p>　　鍍減反膜（PECVD）目的為在硅片前表面均勻的鍍上一層高效的減反射膜，并對sc-Si進行體鈍化[18]。根據(jù)光學(xué)原理，為獲得最優(yōu)的減反射，沉積的減反射膜需滿足如下公式：n×d=λ/4，采用PECVD進行SiNx：H膜制備，n即為沉積的SiNx：H膜的折射率，d為沉積的SiNx：H薄膜的厚度，λ一般為0.55～0.6μm。當制備的鈍化膜折射率為2.0左右時，需

61、沉積的SiN：H薄膜厚度相應(yīng)要求為70～75nm。完成SiNx：H減反射鈍化膜的制備，硅太陽電池的表面反射率可從制絨后的14%左右，進一步降低至3%以下。</p><p>　　鍍膜設(shè)備分管式和板式兩種，管式膜面致密，電池片效率比板式高出0.3%，但與板式相比膜面均勻度差，生產(chǎn)周期長等缺點，商業(yè)化生產(chǎn)大多采用板式鍍膜。</p><p>　　§2.3.4 印刷燒結(jié)工藝</p&g

62、t;<p>　　這一道工序?qū)儆陔姵仄a(chǎn)的最后一道工序。 此工序注重與前面工序的協(xié)調(diào)性。目的：在電池上下表面各印上電極圖形，經(jīng)燒結(jié)與硅片形成歐姆接觸。絲網(wǎng)印刷原理示意圖如下2-12，絲網(wǎng)印刷由五大要素構(gòu)成，即絲印網(wǎng)版、刮刀、漿料、工作臺以及基片。</p><p>　　圖2-12 印刷原理示意圖</p><p>　　絲網(wǎng)印刷基本原理是：利用絲網(wǎng)圖形部分網(wǎng)孔透漿料，非圖文部分網(wǎng)孔

63、不透漿料的基本原理進行印刷。印刷時在絲網(wǎng)一端倒入漿料，用刮刀在絲網(wǎng)的漿料部位施加一定壓力，同時朝絲網(wǎng)另一端移動。油墨在移動中被刮板從圖形部分的網(wǎng)孔中擠壓到基片上。由于漿料的粘性作用而使印跡固著在一定范圍之內(nèi)，印刷過程中刮板始終與絲網(wǎng)印版和承印物呈線接觸，接觸線隨刮刀移動而移動，由于絲網(wǎng)與承印物之間保持一定的間隙，使得印刷時的絲網(wǎng)通過自身的張力而產(chǎn)生對刮板的反作用力。由于回彈力的作用，使絲網(wǎng)與基片只呈移動式線接觸，而絲網(wǎng)其它部分與承印物為

64、脫離狀態(tài)，保證了印刷尺寸精度和避免蹭臟承印物。當刷頭刮過整個印刷區(qū)域后抬起，同時絲網(wǎng)也脫離基片，工作臺返回到上料位置，至此為一個印刷行程[19]。</p><p>　　1、印刷網(wǎng)版：通常由尼龍、聚酯、絲綢或金屬網(wǎng)制作而成。網(wǎng)版的主要參數(shù)為：張力，目數(shù)，絲經(jīng)?，F(xiàn)在絲網(wǎng)通常是尼龍制造，張力大約在31±1.5N，太大會使彈性應(yīng)變變小使網(wǎng)版易崩裂，太小又會降低印刷精度。選擇絲網(wǎng)絲徑及目數(shù)時，要求網(wǎng)格的孔長為漿料

65、粉體粒徑的（2.5～5）倍；目數(shù)越低絲網(wǎng)越稀疏，網(wǎng)孔越大，漿料通過性就越好；網(wǎng)孔越小，漿料通過性越差。</p><p>　　圖 2-13 網(wǎng)版外觀和絲網(wǎng)微觀圖</p><p>　　2、刮刀：刮刀材料一般為聚胺脂橡膠或氟化橡膠，硬度范圍為邵氏A60°～A90°，刮板條的硬度越低，印刷圖形的厚度越大。刮刀材料必須耐磨，刃口有很好的直線性，保持與絲網(wǎng)的全接觸；刮刀一般選用菱形

66、刮刀，它具有四個刃口，可逐個使用，利用率高。如下：</p><p>　　圖2-14 刮刀示意圖和實物圖</p><p>　　同時刮刀的速度對印刷圖形也有很大的影響。印刷速度的設(shè)定與印刷圖形和印刷用漿料的粘度決定。印刷圖形精密的或粘度較大的速度應(yīng)當高些，一般正銀印刷可用200～230mm/s，被鋁印刷可用230～280mm/s。刮刀角度的設(shè)定也與漿料有關(guān)；漿料粘度值越高，流動性越差，需要刮刀

67、對漿料的向下的壓力越大，刮刀角度?。还蔚督嵌日{(diào)節(jié)范圍為45°～75°。在印刷過程中起關(guān)鍵作用的是刮刀刃口2～3mm的區(qū)域，隨著印刷時間，刮刀的刃會變的不鋒利，也會降低印刷精度，這時需要更換刮條。</p><p>　　3、漿料：漿料主要包含功能組分（導(dǎo)電材料、玻璃料(Glass frit)）、有機粘合劑、有機溶劑。其中導(dǎo)電材料主要是大小為0.1至十幾微米的銀顆粒，占漿料總重的60%-80%左右；

68、玻璃料主要是氧化物(PbO、B203、Si02、Bi03、ZnO)粉末，占總重的5～10%左右，在導(dǎo)體漿料中，功能組份一般為貴金屬或貴金屬的混合物[20]。載體是聚合物在有機溶劑中的溶液。組份決定了成膜后的電性能和機械性能。載體決定了厚膜的工藝特性，是印刷膜和干燥膜的臨時粘結(jié)劑。功能組份和粘結(jié)組份一般為粉末狀，在載體中進行充分攪拌和分散后形成膏狀的厚膜漿料。燒結(jié)后的厚膜導(dǎo)體是由金屬與粘結(jié)組份組成的。漿料的一些特性有：粘度、可塑性、流動性

69、、粘彈性、干燥性、觸變性。一般粘度過大會增加印刷的難度，相反過小又會降低漿料的可塑性，流動性小的易出現(xiàn)堵網(wǎng)現(xiàn)象。粘彈性越高越好，觸變性要適當，干燥性要求漿料在網(wǎng)版上的干燥越慢越好，在印刷道硅片上后干燥的越快越好。</p><p>　　4：工作臺和基片，要求有較好的平正度。同時印刷對周圍環(huán)境要求較高，如清潔度，溫度，濕度等。</p><p>　　燒結(jié)原理：固體顆粒具有很大的比表面積，具有極不

70、規(guī)則的復(fù)雜表面狀態(tài)以及在顆粒的制造、細化處理等加工過程中，受到的機械、化學(xué)、熱作用所造成的嚴重結(jié)晶缺陷等，系統(tǒng)具有很高自由能.燒結(jié)時，顆粒由接觸到結(jié)合，自由表面的收縮、空隙的排除、晶體缺陷的消除等都會使系統(tǒng)的自由能降低，系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃W(xué)中更穩(wěn)定的狀態(tài)。這是厚膜粉末系統(tǒng)在高溫下能燒結(jié)成密實結(jié)構(gòu)的原因。標準燒結(jié)工藝需要經(jīng)過低溫、中溫、高溫、冷卻四個階段[21]。燒結(jié)爐低溫溫度一般在400℃以內(nèi)，中溫溫度為300～700℃，高溫溫度為700～

71、900℃。典型的燒結(jié)曲線如下圖2-15所示。</p><p>　　在低溫階段，漿料中的有機溶劑和有機粘合劑被蒸發(fā)或被燃燒。在中溫階段。銀玻璃料開始熔化，Ag顆粒開始聚合。在高溫階段，Ag、Si及玻璃料成分發(fā)生反應(yīng)，形成Ag—Si接觸；冷卻時，Ag粒子在硅片表面結(jié)品生長。高溫驅(qū)動表面H離予向硅片內(nèi)部擴散。實際在硅片上發(fā)生的反應(yīng)溫度遠低于燒結(jié)爐設(shè)定溫度，有學(xué)者研究Ag與Si的宴際晟佳反應(yīng)溫度為605℃。遠低于Ag—s

72、i共品點溫835℃，這可能是由于反麻體系中含有多相成分(Ag、Si、Pb、Bi等)而使合金熔點降低。實際的燒結(jié)爐各溫區(qū)溫度，需要綜合考慮N層的擴散濃度、漿料成分、減反射膜厚度等諸多因素來設(shè)定，如果峰值溫度過低，則有部分區(qū)域沒有結(jié)晶產(chǎn)生，造成Rs變大，F(xiàn)F降低；同時燒結(jié)的時間影響著結(jié)晶顆粒的大小，若帶速過慢，Ag顆粒長大，玻璃液相腐蝕硅片加深，容易造成p/n結(jié)穿透，Rsh明顯降低[12]。</p><p>　　圖2

73、-15 典型燒結(jié)曲線</p><p>　　鋁背場的形成大致過程為：</p><p>　　a）T﹤577℃，在P型硅背面采用絲網(wǎng)印刷形成Al漿層</p><p>　　b）577℃<T<660℃，達到Al-Si共晶點577℃時開始形成Al-Si共晶，Al在Al漿層和+Al-Si熔體的界面間融化，Si在硅片和Al-Si熔體的界面間融化。</p>

74、<p>　　c）T>660℃，Al漿層中的Al已經(jīng)全部熔化，形成Al-Si合金溶液。</p><p>　　d）從最高溫區(qū)冷卻至室溫，從最高溫度冷卻到577℃是，熔體中的Si含量下降到共晶狀態(tài)下的12%，Si在硅片上進行外延生長，溶解在Si、中的Al外延生長形成P+層，形成BSF；當從577℃冷卻至室溫時，余下的共晶成分的熔體在BSF附近固化，并且在表面形成氧化層[22]。</p>&

75、lt;p>　　通常P+層越厚、均勻性越好，BSF作用更明顯。一般增加燒結(jié)時間可以使合金層厚度從正常的3～4um增加到6～7um，Voc有4～6mV的提高，Rs略有降低，效率提升約0.15%～0.20%。燒結(jié)好的銀硅，鋁硅的SEM圖如下：</p><p>　?。╝）Ag-Si截面 （b）Al-Si共融相圖</p><p>　　圖2-16 鋁硅的S

76、EM截面圖</p><p>　　§2.4 實驗背景和意義</p><p>　　隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步，晶體硅太陽電池的厚度不斷減薄，從早期的325μm 到270μm，再到240～220μm，而下一步的發(fā)展目標是180～150μm。隨著厚度的不斷變薄，硅片少子體壽命對電池效率的影響逐步降低，這主要是因為隨著硅片厚度減薄，基區(qū)少子到達p-n結(jié)所需距離變短，這就意味著，即便材料的少子壽命較

77、低，仍然有足夠的擴散長度保證足夠多的少子被p-n結(jié)收集。與之相對應(yīng)的，電池片上下表面的復(fù)合速率對效率的影響逐步增長。改善表面鈍化的質(zhì)量、降低表面復(fù)合速率已經(jīng)成為提高電池效率的主要手段之一。目前工業(yè)上主要采用鋁背場進行表面鈍化[23]。</p><p>　　§2.4.1 復(fù)合機制</p><p>　　所有處在導(dǎo)帶中的電子都是亞穩(wěn)定狀態(tài)的，并最終會回到價帶中更低的能量狀態(tài)。它必須移回

78、到一個空的價帶能級中，所以，當電子回到價帶的同時也有效地消除了一個空穴。這種過程叫做復(fù)合[24]。在單晶半導(dǎo)體材料中，復(fù)合過程大致可以分為三種</p><p>　　1、輻射復(fù)合，輻射復(fù)合是LED燈和激光這類的半導(dǎo)體器件的主要復(fù)合機制。然而，對于由硅制成的陸地用太陽能電池來說，輻射復(fù)合并不是主要的，因為硅的禁帶并不是直接禁帶，它使得電子不能直接從價帶躍遷到導(dǎo)帶。</p><p>　　2、通過

79、復(fù)合中心的復(fù)合也被叫做肖克萊-萊德-霍爾或SRH復(fù)合，它不會發(fā)生在完全純凈的、沒有缺陷的材料中。一些雜質(zhì)和缺陷的存在使禁帶中存在允許許能級，電子從導(dǎo)帶能級豫馳到缺陷能級然后豫馳到導(dǎo)帶，便完成了復(fù)合。這是晶體太陽能電池的主要復(fù)合形式。</p><p>　　3、俄歇復(fù)合 在俄歇效應(yīng)中，電子與空穴復(fù)合時，將多余的能量傳給第二個電子而不是發(fā)光，然后第二個電子通過發(fā)射聲子豫馳回到它初始所在的能級，便完成了一次復(fù)合。俄歇復(fù)合

80、是重摻雜材料和被加熱至高溫的材料最主要的復(fù)合形式。</p><p>　　§2.4.2 鋁背場鈍化原理和提高效率的原因</p><p>　　1、表面鈍化，降低背表面復(fù)合速率，提高少數(shù)載流子的收集率，提高開路電壓。BSF中鋁的濃度在1～3×1018個/cm-3，而在大部分P型硅中，硼的濃度一般小于2×1016個/cm-3，因此在背表面形成PP+的高低結(jié)阻止少數(shù)載流

81、子在背表面復(fù)合如下圖：</p><p>　　圖2-17 電池片背表面pp+結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2、作為背反射器，增加光程，提高短路電流。</p><p>　　3、作為電極輸出端，降低接觸電阻，提高轉(zhuǎn)換效率。</p><p>　　4、鋁吸雜，提高體壽命。[</p><p>　　§2.4.3 研究鋁背場的

82、重要意義</p><p>　　鋁背場是晶體硅現(xiàn)代太陽電池普遍采用的，典型的背表面鈍化結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多年的發(fā)展，鋁背場的生產(chǎn)工藝已經(jīng)趨向成熟、穩(wěn)定，對鋁背場的各項研究也日益深化，這些都決定了在今后相當一段時間內(nèi)鋁背場仍將被廣泛用于晶體硅太陽電池生產(chǎn)。然而，隨著工藝的不斷發(fā)展，更薄的太陽電池即將出現(xiàn)，這對鋁背場鈍化提出了更高的要求，進一步研究鋁背場鈍化，是高效太陽電池研究和生產(chǎn)中一個不可忽視的重要環(huán)節(jié)。</p>

83、;<p>　　第三章 實驗結(jié)果與分析</p><p>　　§3.1 實驗硅片的選擇</p><p>　　實驗材料選擇的硅片由Hareon公司所生產(chǎn)的p型<100>太陽能級直拉單晶硅片電阻率在0.5～3Ω·cm，尺寸為125mm×125mm，厚度為200±200μm。</p><p><b>

84、　　制絨</b></p><p>　　制絨采用標準堿腐蝕單晶絨面工藝，出絨率在95%以上。絨面金字塔尺寸在3～6μm之間。</p><p><b>　　擴散</b></p><p>　　選擇單面擴散工藝，擴散后方塊電阻為50±5Ω/□；少數(shù)載流子壽命在20～50微秒之間。</p><p><b

85、>　　鍍減反射涂層</b></p><p>　　采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積氮化硅層工藝來形成表面減反射涂層，其厚</p><p>　　度在80nm左右，鍍膜后硅片lE面顏色呈現(xiàn)深藍色。</p><p><b>　　印刷電極</b></p><p>　　采用的標準絲剛印刷背面銀電極和正面印刷銀電極的工業(yè)

86、太陽電池生產(chǎn)流程。其中正面電極為45條125±25μm寬柵線，2條2.0mm寬的主線。</p><p>　　表3-1 印刷前硅片的重要參數(shù)</p><p>　　由于以下的每個實驗都是在印刷段來完成的為保證每個實驗變量的單一性，所以在對傳到印刷段的硅片主要參考上述的幾個參數(shù)，選擇實驗硅片組的以上參數(shù)要基本相似。</p><p>　　§3.2 網(wǎng)版的

87、選擇實驗</p><p>　　1）正柵網(wǎng)版的選擇。</p><p>　　由于本實驗的最終目的是探究鋁背場鈍化作用的。有上一節(jié)我們知道背場的印刷在第二道工序，也就是說在印被極和正極之間，為保證印刷背場前后其它二道工序的變化，我們對被電極和正柵的印刷參數(shù)和網(wǎng)版進行了固定。</p><p>　　表3-2 印刷前硅片的重要參數(shù)</p><p>　　這

88、兩道工序所用的漿料為Ferro公司所推出的PV3347、PV159A。</p><p><b>　　2）背場網(wǎng)版的選擇</b></p><p>　　不同網(wǎng)版具有不同的特性，背場網(wǎng)版的好壞對印刷出的背場的平整度，厚度，以及背場和被極接觸的好壞都有很大的影響，直接影響鋁背場的鈍化效果以及后面的電性能參數(shù)，為了選擇最佳網(wǎng)版進行接下來的實驗，我們首先進行網(wǎng)版對比選擇實驗?，F(xiàn)背

89、場印刷常使用兩種網(wǎng)版，250目和280目。</p><p><b>　　物料準備如下：</b></p><p>　　表3-3 物料、儀器及參數(shù)設(shè)置表</p><p>　　注：所用的實驗片按上述實驗片選擇方法來取。</p><p><b>　　b）實驗步驟</b></p><p&g

90、t;<b>　　方法如圖下：</b></p><p>　　圖3-1 實驗方法示意圖</p><p>　　注：次兩小組進行對比、收集電性參數(shù)及Inline實時數(shù)據(jù)和翹曲度，觀察外觀</p><p>　　c）實驗結(jié)果的記錄和分析：</p><p>　　Inline實時數(shù)據(jù)的記錄和分析</p><p>

91、　　收集及測量數(shù)據(jù)的儀器為：塞尺電子天平，塞尺的原理是通過不斷增加帶有厚度的標尺疊加起來來算出電池片的翹曲度。</p><p>　　表3-4 不同網(wǎng)版的彎曲度數(shù)據(jù)記錄表</p><p>　　表3-5 不同網(wǎng)版的增重數(shù)據(jù)表</p><p>　　注：網(wǎng)距：-1650μm，壓力：95N</p><p>　　分析：從以上的數(shù)據(jù)可以看出280網(wǎng)版增重可

92、降低大約0.17g，且明顯的降低電池片的翹曲度，平均降低可為0.53mm，這是因為目數(shù)大了，也就意味這單位面積上的網(wǎng)孔數(shù)多了，孔徑變小了。在印刷過程中，當其它參數(shù)一定時，漿料顆粒每次填充在網(wǎng)孔的數(shù)量變小了，所以透過網(wǎng)版的漿料就少了。漿料少了，燒結(jié)后鋁背場的厚度就薄了，在電池的冷卻過程中由于鋁背場的熱膨脹系數(shù)與硅的不同而造成的翹曲度減小，因為鋁背場的量變少相應(yīng)的應(yīng)力變小而形成翹曲度減小。這說明280網(wǎng)版可通過降低增重量來減小電池片的翹曲度

93、，以減少在生產(chǎn)過程中的碎片率；同時增重的減小也減小了漿料的用量，節(jié)約了成本。但是否280網(wǎng)版真的比250網(wǎng)版好呢？我們還得分析電池片的電性能參數(shù)。</p><p>　　2．電性能參數(shù)的記錄和分析</p><p>　　實驗結(jié)果采用德國BERGER公司的SCLoad三通道程控光伏電池片伏安曲線模擬測量儀進行測量(processor controlled three—channel measur

94、ing and loadSimulation device for registration of IV curves of PV—solar celis according to DIN EN 60904～1：1993，IEC 904—1)。下面顯示了兩組燒結(jié)后電池片測試結(jié)果的數(shù)據(jù)圖：</p><p><b>　　1）整體效率對比圖</b></p><p>　　圖3

95、-2 電池效率整體對比圖</p><p>　　分析：效率為電池片生產(chǎn)中最重要指標之一，通過兩組電池片整體效率對比圖來看250網(wǎng)版要比280網(wǎng)版的好些，平均效率高出0.05%，說明了在現(xiàn)有的燒結(jié)工藝下，250網(wǎng)版印刷的鋁背場對電池片的鈍化效果較好。我們也可以從電池片的其它電性能參數(shù)，如下：</p><p>　　2）其它電性能參數(shù)對比圖</p><p>　　圖3-3 電

96、池片的Uoc、Isc、FF、Rs整體對比圖</p><p>　　分析：從開路電壓Uoc和填充因子FF來看250網(wǎng)版要比280要好，鋁背場鈍化效果可以根據(jù)以下三個因素進行評定[25]：</p><p><b>　　（1）鋁背場的結(jié)深</b></p><p>　?。?）鋁背場的摻雜濃度</p><p>　?。?）鋁背場的均勻

97、性</p><p>　　鋁背場的結(jié)深越深，摻雜濃度越大，表面越平整，其鈍化效果越好。其中鋁背場的結(jié)深和鋁背場的印刷質(zhì)量有關(guān)，增加鋁的印刷質(zhì)量可以提高鋁背場的結(jié)深，實驗結(jié)果和理論一致，250網(wǎng)版鈍化效果好于280網(wǎng)版。至于短路電流Isc和Rs，雖與鋁背場有關(guān)但也與正柵燒結(jié)和印刷的好壞有較大的關(guān)系。所以在此次分析中我們只從Uoc和FF來判斷鈍化的效果。</p><p><b>　　燒

98、結(jié)前后背場外觀</b></p><p>　　燒結(jié)前背場與被極接觸的好壞同樣影響了電池片的電性能參數(shù)，如出現(xiàn)漏硅現(xiàn)象便會影響被電極對載流子的收集，使短路電流下降。燒結(jié)后對電池片的觀進行觀察主要考慮以下缺陷，如：是否有鋁包和鋁珠，粘結(jié)性是否良好，鋁背場龜裂是否嚴重。因為這些缺陷不僅會降低效率還會對后面的組裝過程帶來問題。</p><p>　　表3-6 背場外觀對比表</p&g

99、t;<p>　　分析：分從外觀品質(zhì)來看250網(wǎng)版要優(yōu)于280網(wǎng)版。280網(wǎng)版出現(xiàn)少量鋁包和輕微龜裂現(xiàn)象分析原因是，由于背場的漿料較少，并不能很均勻的全部潤濕電池背面，所以燒結(jié)后會出現(xiàn)輕微龜裂狀況，同時漿料少會造成漿料不能全部覆蓋線切割所留下的凹槽和少量制絨絨面，從而在漿料下留有氣體，造成燒結(jié)時膨脹，引起鋁包。</p><p>　　綜上所述：250網(wǎng)版在生產(chǎn)正常電池片時要優(yōu)于280網(wǎng)版印刷的鋁背場，所

100、以在下面的實驗中對鋁背場的印刷都采用280網(wǎng)版。</p><p>　　§3.3 鋁背場漿料的選擇實驗</p><p>　　不同的背場漿料，由于成分不同，相對于需要的燒結(jié)工藝也不同，現(xiàn)有兩種不同的背場漿料儒興8252X，儒興6080；為了探究那一款漿料更能在現(xiàn)有的燒結(jié)工藝條件下能夠有較好的鋁背場鈍化作用和較好的電性能。因此做了這個實驗。</p><p>　　

101、物料選擇及實驗燒結(jié)工藝的確定：</p><p>　　根據(jù)選片要求選取一組電池片，共400片，分四組；網(wǎng)版采用250網(wǎng)版，實驗方法如下圖：</p><p>　　圖3-4 實驗方法圖</p><p>　　不同的漿料應(yīng)有相應(yīng)的燒結(jié)工藝。由于燒結(jié)溫度的設(shè)定較復(fù)雜，不僅僅考慮鋁背場燒結(jié)的好壞，還要考慮正柵燒結(jié)情況和前面工序的影響，所以燒結(jié)工藝是不經(jīng)常動的，下面的燒結(jié)工藝是工廠

102、里經(jīng)過多次調(diào)配而得，所以只能選擇一個較好的漿料來與之對應(yīng)。</p><p>　　實驗燒結(jié)溫度工藝的選擇如下表</p><p>　　表3-7 燒結(jié)參數(shù)設(shè)置表</p><p>　　實驗結(jié)果的記錄和分析。</p><p>　　a）電性能參數(shù)的記錄和分析</p><p>　　圖3-5 整體效率走勢圖</p>&l

103、t;p>　　從上圖效率走勢來看新?lián)Q網(wǎng)版后的前幾片效率偏低，可能是換網(wǎng)版后檫試網(wǎng)版、增重不穩(wěn)定等因素造成，因此為真實的反應(yīng)不同漿料對電性能的影響可將這幾片去掉。去掉后的電池效率的比較圖如下</p><p>　　圖3-6 去除異常點效率比較圖</p><p>　　從上圖去除前幾片后的不同漿料效率對比來看，兩種漿料的電池片的效率基本相同，也就是說兩種漿料對效率的貢獻上是相差不多的，也就是說

104、兩種漿料對硅片的鈍化作用相同。我們也可從以下兩方面得到驗證。其它重要電性能參數(shù)的對比如下：</p><p>　　圖3-7 開路電壓和短路電流對比圖</p><p>　　從上圖看出Uoc和Isc也基本相同，也證明兩種漿料在發(fā)揮鈍化和其它作用上相當。</p><p>　　b）電致發(fā)光測試分析</p><p>　　通過EL（Electrolumin

105、escence）圖像的分析可以有效地發(fā)現(xiàn)硅片、擴散、鈍化、網(wǎng)印及燒結(jié)各個環(huán)節(jié)可能存在 的問題,對改進工藝、提高效率和穩(wěn)定生產(chǎn)都有重要的作用，因而太陽電池電致發(fā)光測試 儀被認為是太陽電池生產(chǎn)線的“眼睛”。</p><p>　　太陽電池的電致發(fā)光亮度正比于少子擴散長度，正比于電流密度，也就是說鈍化作用好的電池片，少子擴散長度較長，亮度較高。兩組不同的漿料進行EL圖觀察，下圖為兩組電池片中抽取的兩片電池的EL圖。 &l

106、t;/p><p>　　a儒興6080 b儒興8252X</p><p>　　圖3-8 兩種漿料的EL對比</p><p>　　從圖上分析兩種漿料的電池片亮度較好且均勻，無明顯燒結(jié)缺陷。說明兩種漿料都能很好的適應(yīng)當前的燒結(jié)工藝。下圖為燒結(jié)后儒興6080的電池片剖面圖</p><p>　　圖3-9電池片截面SEM圖<

107、/p><p>　　從上圖的SEM圖可看出鋁背場燒結(jié)后的微觀結(jié)構(gòu)，由外至內(nèi)分布著四個層：Al漿層；Al-Si合金層；BSF層；體Si層，因為BSF在SEM圖上不清晰，故無法準確判斷BSF在圖中的起始位置。鋁背場常見的缺陷有鋁包和鋁珠出現(xiàn)，原因：一是在液體和氣體界面的表面張力過高引起，這可以通過添加Pb或Mg等添加劑以犧牲太陽電池的其它性能為代價來減少Al漿的表面張力，或者通過低溫．高溫燒結(jié)辦法來解決，具體辦法是在Al漿

108、烘干后在530℃下熱處理，然后再在鋁層以上印刷Ag-Pd，在700℃以下熱處理10分鐘，也可以在N2中采用快冷阻止鋁珠形成。二是漿料中的有機溶劑或者氣體在燒結(jié)的過程中局部受熱不均或者揮發(fā)不完全形成的，形成的工藝條件可能是：（1）絨面造成印刷后的鋁漿沒有完全接觸硅片表面，硅片和漿料之間留有空氣；（2）燒結(jié)后產(chǎn)生鼓包為不均勻印刷的漿料太??；（3）網(wǎng)版引起漏漿；（4）硅片表面不潔凈，印刷后被直接覆蓋在Al漿以下，漿料攪拌時間過長導(dǎo)致發(fā)熱，有機

109、溶劑揮發(fā)使?jié){料中產(chǎn)生了很多氣泡。</p><p>　　3，在外觀方面的對比</p><p>　　表3-8 燒結(jié)后電池外觀對比表</p><p>　　表3-9 燒結(jié)后電池片翹曲度的對比表</p><p>　　從以上兩表中可看出6080在彎曲度上比的8252有0.59mm的降低，其它外觀相當，彎曲度的降低有助于減少電池片制造過程中的碎片率，所以從